孫 娟， 李慧芬， 劉 芳， 劉香玉， 張 彤， 趙朝成

(中國石油大學(xué)(華東) 化學(xué)工程學(xué)院， 山東 青島 266580)

隨著全球?qū)κ彤a(chǎn)品需求和海上運輸?shù)脑黾樱罅渴图捌渲破吠ㄟ^各類海洋溢油事故進入海洋環(huán)境[1-2]。由于石油對水生生態(tài)，尤其是脆弱的沙灘生態(tài)系統(tǒng)高度的毒性效應(yīng)，一旦發(fā)生溢油事故，就必須進行及時的溢油清除。傳統(tǒng)溢油清除的物理手段局限性較大，尤其是易受天氣的影響，而且不易清除徹底。施用化學(xué)分散劑也是目前常用的溢油清除方法，但是過量使用往往會產(chǎn)生二次污染。溢油修復(fù)領(lǐng)域的專家們一直在探求一種高效、經(jīng)濟而又環(huán)保的溢油修復(fù)技術(shù)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在濱海環(huán)境條件下，海洋中天然存在的顆粒物容易與溢油相結(jié)合形成石油-懸浮顆粒物凝聚體(Oil-suspended particulate matter aggregates, OSAs)。凝聚體的形成不僅可以促進溢油的擴散，減少沙灘污染，還可以促進溢油的生物降解，是一種高效、清潔、環(huán)保的溢油修復(fù)技術(shù)[3-4]。近年來，國內(nèi)外研究者針對在不同條件下凝聚體的形成特征展開研究，但都缺乏對于凝聚體形成機理的深入研究。目前通過顯微鏡觀察到的凝聚體有3種形態(tài)：油滴狀、固體狀和薄片狀。其中油滴狀OSA是最常見的形態(tài)，結(jié)構(gòu)為油滴表面黏附很多微米級的固體顆粒物，OSA中結(jié)合的油主要以油滴狀態(tài)存在。王瑋等[5]研究發(fā)現(xiàn)，界面活性分子在油-水界面的吸附將改變其界面性質(zhì)。研究溢油表面性質(zhì)變化以及分散形成油滴的機理和影響因素，對于正確理解凝聚體形成機理和影響因素具有非常重要的意義。

筆者選取了黃河三角洲潮間帶區(qū)域的天然沉積顆粒物，以及代表性顆粒物高嶺土和皂土，研究改變不同條件、顆粒物的加入對油-水界面張力、Zeta電位以及分散油滴粒徑的影響，為濱海環(huán)境石油-懸浮顆粒物凝聚體形成機理研究以及添加顆粒物作為新型環(huán)保型溢油清除劑提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

實驗使用的天然土采集自黃河三角洲潮間帶區(qū)域，將取回的大塊沉積物用研缽碾碎成小塊，放置在干凈塑料布上，置于陽光充足的地方通風(fēng)干燥，連續(xù)晾曬7 d，直到天然土中大部分水分揮發(fā)。將風(fēng)干的天然土進行干燥、研磨、篩分裝袋備用。不同粒徑范圍的天然土用振動篩進行篩分后，用激光粒度分析儀(LS-POP(6)，珠海歐美克儀器有限公司產(chǎn)品)測定粒度分布(平均粒徑D50如表1所示)。皂土的主要成分為蒙脫土，而蒙脫土的主要成分是二氧化硅和三氧化鋁，為2個硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體的晶層單元。高嶺土的結(jié)構(gòu)是由一層鋁氧八面體和一層硅氧四面體交替相連而成的晶層單元。皂土和高嶺土(上海試四赫維化工有限公司產(chǎn)品)均選用粒徑小于38 μm的顆粒物，其平均粒徑D50分別為8.31 μm和5.67 μm。用掃描電子顯微鏡(SEM)(NikonTS100F，日本尼康公司產(chǎn)品)觀察顆粒物的表面形態(tài)特征，如圖1所示。

表1 實驗所用天然土性質(zhì)Table 1 Properties of natural sediment in the experiment

D50is the mean diameter of natural sediment.

實驗采用的油品為勝利原油，取自東營勝利采油廠的中質(zhì)原油，其性質(zhì)如表2所示。

實驗所需要的海水取自青島市黃島區(qū)唐島灣，過濾(過濾濾膜孔徑為0.45 μm)去除雜質(zhì)后密封貯存?zhèn)溆谩τ诓煌琾H值影響的實驗，分別用濃度為0.1 mol/L的鹽酸(AR，國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品)和1 mol/L的氫氧化鈉(AR，國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品)進行調(diào)節(jié)。對于不同鹽度影響的實驗，采用氯化鈉(AR，國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品)和去離子水配置的人工海水。

實驗選用捷菲特消油劑(AR，上海新絡(luò)實業(yè)有限公司產(chǎn)品)和富肯消油劑(AR，廣州富肯環(huán)?？萍加邢薰井a(chǎn)品)。

1.2 實驗方法

1.2.1 界面張力的測定

以勝利原油為油相，以添加不同濃度顆粒物的海水為水相，用全量程界面張力儀測定含固體顆粒物的海水與勝利原油間的界面張力。將含固體顆粒物的海水、5 μL勝利原油(使原油形成一整個油滴)加入樣品管，以6500 r/min轉(zhuǎn)速運行，當(dāng)油滴穩(wěn)定后，用界面張力測量儀對界面張力進行測量。油-水界面張力(IFT，mN/m)的計算公式見式(1)。

(1)

IFT—Interfacial tension

式(1)中，Δρ為油-水密度差，kg/m3；ω為樣品管轉(zhuǎn)動角速度，rad/s；γ為油滴短軸半徑，m。

用以上方法測定不同顆粒物粒徑和濃度、海水pH值和鹽度以及劑/油比條件下的油-水界面張力。對于消油劑和顆粒物聯(lián)合作用對油-水界面張力影響的研究，按照不同劑/油比將消油劑與顆粒物和海水充分混合作為水相。

1.2.2 Zeta電位的測定

取海水50 mL，加入100 mg勝利原油，并加入一定量不同類型不同濃度的顆粒物，用磁力攪拌器在3000 r/min的轉(zhuǎn)速下剪切10 min，靜置24 h(使體系變得較為穩(wěn)定)后，用移液槍吸取液面下2 cm處乳狀液放入比色皿中，用馬爾文納米粒度電位儀對Zeta電位進行測定，測定溫度為25 ℃。用以上方法測定不同顆粒物濃度和粒徑、不同海水鹽度和pH值以及不同劑/油比條件下乳狀液的Zeta電位。

1.2.3 凝聚體的制備及結(jié)合油滴粒徑的測定

在250 mL錐形瓶中加入50 mL海水、一定質(zhì)量的顆粒物、100 mg勝利原油(對于消油劑影響的考察，按照不同的劑/油質(zhì)量比加入消油劑)后置于全溫振蕩器中，于25 ℃、180 r/min的條件下振蕩4 h，模擬海洋環(huán)境條件處理溢油。振蕩結(jié)束后取出錐形瓶，置于通風(fēng)櫥中靜置12 h，靜置后的錐形瓶底部可觀察到已經(jīng)制備形成的凝聚體(OSAs)。將制備好的OSAs用取樣器取5 μL置于紫外熒光顯微鏡下進行觀察，對照片數(shù)字化處理，計算出不同條件下凝聚體中結(jié)合油滴的平均粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 油-水界面張力的影響因素

由于分子間存在作用力以及構(gòu)成界面的油-水兩相物質(zhì)的性質(zhì)不同，在油-水界面處存在著界面張力。油-水界面張力反映了界面活性組分在油-水界面的吸附情況，因此研究界面張力是研究界面性質(zhì)的基本方法之一。油-水界面張力的大小影響著界面的形成以及在界面上發(fā)生的各種物理化學(xué)過程，反映油-水界面的界面活性高低[6]。而顆粒物通過改變活性物質(zhì)在各相中的分配而改變油-水界面張力的大小。

2.1.1 顆粒物質(zhì)量濃度和粒徑對油-水界面張力的影響

圖2為不同顆粒物條件下顆粒物質(zhì)量濃度對油-水界面張力的影響。由圖2可知，隨著顆粒物質(zhì)量濃度由0 mg/L增加到3000 mg/L，分別加入天然土、皂土和高嶺土使得油-水界面張力由14.9 mN/m減小至5.8、5.1、4.5 mN/m。這主要是因為在測定油-水界面張力時，原油油滴中的活性物質(zhì)會擴散到油-水界面，加入固體顆粒物后，對油-水界面的活性物質(zhì)產(chǎn)生爭奪，使活性物質(zhì)擴散到顆粒表面并且被其吸附[7]。那么在油-水界面就存在著吸附平衡：一方面，原油中的活性物質(zhì)被吸附到油-水界面；另一方面，被吸附到油-水界面的活性物質(zhì)被顆粒物所吸附，導(dǎo)致油-水界面的活性物質(zhì)在各相中的分配發(fā)生改變，進而改變油-水界面張力。

由于油-水界面張力減小，促進溢油分散成小油滴，為油滴與顆粒物的結(jié)合提供更大的比表面積，油滴更容易與顆粒物結(jié)合，形成土包油型凝聚體結(jié)構(gòu)，使油滴不容易再聚合，而且更有利于氧氣和營養(yǎng)物接觸使得生物降解率大大提高。圖3為高嶺土與原油形成的石油-顆粒物凝聚體紫外熒光顯微鏡照片。圖3中凝聚體結(jié)構(gòu)為油滴狀凝聚體結(jié)構(gòu)，在紫外光下顯熒光的部分是油滴，周圍黑色部分為高嶺土顆粒物。由于添加高嶺土后的油-水界面張力比分別添加皂土和天然土更小，所以高嶺土相較于天然土和皂土的溢油清除效率應(yīng)該更高。

圖3 石油-顆粒物凝聚體紫外熒光顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 UV fluorescence microscopic photo ofoil-suspended particulate matter aggregates

圖4為天然土顆粒物粒徑對油-水界面張力的影響。由圖4可知，隨著天然土顆粒物粒徑由14.0 μm 增加到74.0 μm，油-水界面張力從7.5 mN/m 線性增加到9.0 mN/m。之后隨著顆粒物粒徑由93.0 μm增加到492.0 μm，油-水界面張力在9.1～9.3 mN/m的范圍內(nèi)保持平穩(wěn)。這主要是因為隨著顆粒物粒徑的逐漸增加，相同質(zhì)量的顆粒物比表面積減小，則顆粒物與原油的接觸面積減小，不利于原油中活性物質(zhì)向顆粒物表面進行轉(zhuǎn)移和擴散。當(dāng)顆粒物粒徑增大到一定范圍，繼續(xù)增大顆粒物粒徑對油-水界面張力基本不會產(chǎn)生影響。

圖4 天然土顆粒物的粒徑(D50)對油-水界面張力(IFT)的影響Fig.4 Effect of D50 of natural sediment onoil-water interfacial tension (IFT)pH=8; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L

2.1.2 海水鹽度和pH值對油-水界面張力的影響

圖5為不同顆粒物條件下海水鹽度對油-水界面張力的影響。由圖5可知，當(dāng)鹽度由0增加到1%時，分別添加高嶺土、皂土、天然土和不加顆粒物，油-水界面張力均有大幅的下降；隨著鹽度由1%增加到2%，油-水界面張力的下降速率逐漸變得緩慢；當(dāng)鹽度由2%增加到3.5%時，油-水界面張力的變化趨于平緩并達到一平衡值。分別添加高嶺土和皂土條件下，平衡油-水界面張力均為0.2 mN/m；而添加天然土和不加顆粒物條件下，平衡油-水界面張力分別為2.4 mN/m和4.9 mN/m。這主要是因為隨著體系鹽含量的增加，水相以及顆粒物表面所存在和吸附的活性物質(zhì)會逐漸轉(zhuǎn)移到油相和油-水界面，導(dǎo)致油-水界面活性物質(zhì)的增加，油-水界面張力不斷減小。當(dāng)鹽度達到特定范圍時，界面活性物質(zhì)形成了膠團，導(dǎo)致油-水界面張力變得非常的小，幾乎接近于零。

圖5 不同顆粒物條件下海水鹽度對油-水界面張力(IFT)的影響Fig.5 Effect of salinity on oil-water interfacial tension (IFT)under different suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; pH=8; ρ(Sediment)=2000 mg/L

圖6為不同顆粒物條件下海水pH值對油-水界面張力的影響。由圖6可知，在pH值4～10范圍內(nèi)加入顆粒物均可以使油-水界面張力降低。在分別加入高嶺土、皂土、天然土和不加顆粒物條件下，油-水界面張力隨pH值的增加均呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，最低點均在pH值為7～8時達到，分別為5.8、6.3、6.5和11.6 mN/m。這是因為通過改變pH值可以改變水相中的離子強度，使原油中極性組分的雜原子基團轉(zhuǎn)化成陰離子或者陽離子，更容易聚集在油-水界面，進而影響活性物質(zhì)在顆粒物相、水相和原油三相中的分配和吸附等過程，導(dǎo)致加入顆粒物后油-水界面張力發(fā)生顯著的規(guī)律性變化[8]。

圖6 不同顆粒物條件下海水pH值span> pH value on oil-water interfacialtension (IFT) under different suspendedparticulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L

2.1.3 消油劑和顆粒物聯(lián)合作用對油-水界面張力的影響

圖7為不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油質(zhì)量比(DOR)對油-水界面張力的影響。由圖7可知，隨著劑/油質(zhì)量比的增加，油-水界面張力先是迅速降低，當(dāng)劑/油質(zhì)量比達到0.2以后，油-水界面張力下降非常緩慢最后接近于零，加入富肯消油劑和捷菲特消油劑后最低分別達到0.1和0.3 mN/m。實驗所選用的富肯和捷菲特消油劑主要是由非離子型表面活性劑組成。研究發(fā)現(xiàn)，非離子表面活性劑可以促進顆粒物在油-水界面的吸附[9]。表面活性劑分子中的親油基和親水基在油-水界面處會分別伸向油-水兩相，表面活性物質(zhì)在界面的累積逐漸降低了油-水界面張力，最后會形成一個動態(tài)的吸/脫附平衡[10]。加入的顆粒物會吸附在油滴表面形成一個顆粒層來阻止油滴之間的重新聚并，所以顆粒物在油-水界面吸附作用的強弱是凝聚體形成的關(guān)鍵。而消油劑的加入一方面會吸附在油-水界面，降低油-水界面張力，降低顆粒物的吸附能；另一方面消油劑和顆粒物在油-水界面存在競爭吸附，消油劑吸附在顆粒物表面會增加顆粒物的疏水性，從而增加顆粒物在油-水界面的吸附能[11]。

2.2 乳狀液Zeta電位的影響因素

Zeta電位是描述穩(wěn)定的乳化液中界面電荷的主要參數(shù)，其大小與電荷層的結(jié)構(gòu)有關(guān)，可反映乳化液中油滴和水相之間電荷斥力的大小[12]。乳化液中的電荷產(chǎn)生在油-水界面，因此，電荷層結(jié)構(gòu)與體系中界面活性物質(zhì)的油-水界面性質(zhì)直接相關(guān)[13]。在油、水和顆粒物體系中，表面活性物質(zhì)的分子在油、水和顆粒物三相中的分配狀態(tài)是影響界面化學(xué)性質(zhì)的重要因素。Zeta電位絕對值越大，乳狀液越穩(wěn)定；反之，Zeta電位絕對值越小，乳狀液越不穩(wěn)定，越容易與油滴凝聚形成凝聚體。

2.2.1 顆粒物質(zhì)量濃度和粒徑對Zeta電位的影響

圖8為不同顆粒物條件下顆粒物質(zhì)量濃度對Zeta電位的影響。由圖8可知，隨著固體顆粒物質(zhì)量濃度由0 mg/L增加到3000 mg/L，分別加入高嶺土、皂土和天然土，乳狀液的Zeta電位由-11.81 mV 分別負值減小至-3.47 mV、-4.39 mV和 -6.07 mV。這可能是由于加入固體顆粒物具有較大的比表面積和較強的吸附能力，油滴和固體顆粒物形成凝聚體后很難再凝聚成油膜，而且隨著固體顆粒物質(zhì)量濃度的增加，形成的凝聚體中所含有的固體顆粒物也不斷增加，逐漸破壞乳狀液的穩(wěn)定性，導(dǎo)致Zeta電位絕對值逐漸減小[14]。

圖7 不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油比(DOR)對油-水界面張力(IFT)的影響Fig.7 Effect of DOR of oil dispersant on oil-water interfacial tension (IFT)under different suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)= 2000 mg/L; pH=8(a) Falchem oil dispersant; (b) Jafirst oil dispersant

圖8 不同顆粒物條件下顆粒物質(zhì)量濃度(ρ(Sediment))對乳狀液Zeta電位的影響Fig.8 Effect of ρ(Sediment) on Zeta potential ofemulsion under different suspended particulatematter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; pH=8

圖9為天然土顆粒物粒徑對Zeta電位的影響。由圖9可知，隨著天然土顆粒物粒徑由14.0 μm增加到93.0 μm，乳狀液的Zeta電位由-7.90 mV負值增加到-10.90 mV；之后隨著顆粒物粒徑繼續(xù)增加到492.0 μm，乳狀液的Zeta電位繼續(xù)增加到-13.40 mV，但是電位隨粒徑增大而增加的幅度變緩。這主要是因為顆粒物的粒徑越小，給油滴與顆粒物的凝聚提供了更大的表面積，那么油滴就越容易與顆粒物結(jié)合在一起形成凝聚體結(jié)構(gòu)。而隨著Zeta電位絕對值的減小，乳狀液穩(wěn)定性越來越差，就越容易與顆粒物結(jié)合形成凝聚體，從而達到較好的溢油清除的效果[15]。

圖9 天然土顆粒物粒徑(D50)對乳狀液Zeta電位的影響Fig.9 Effect of D50 of natural sediment onZeta potential of emulsionSalinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L; pH=8

2.2.2 海水鹽度和pH值對Zeta電位的影響

圖10為不同顆粒物條件下海水鹽度對Zeta電位的影響。由圖10可知，當(dāng)鹽度由0增加到0.5%時，Zeta電位發(fā)生了驟減；當(dāng)鹽度由0.5%增加到3.5%時，Zeta電位下降得非常緩慢，也就是說當(dāng)鹽度大于0.5%時，乳狀液的穩(wěn)定性減弱且基本保持不變，更容易失穩(wěn)，與懸浮顆粒物形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝聚體。鹽度為0～0.5%時，Zeta電位發(fā)生突變，此時油滴和固體顆粒物的吸附作用不占主導(dǎo)，而固體顆粒物的電解絮凝作用是主要原因[16]。隨著體系鹽度的增加，Na+的存在壓縮Na+與顆粒物表面形成的雙電層，導(dǎo)致乳狀液Zeta電位的絕對值降低[17]。當(dāng)鹽度進一步增加，Na+的半徑相對較小，Cl-的半徑相對較大，導(dǎo)致靜電力超過范德華引力成為主導(dǎo)因素，因此隨著鹽度的增加，雙電層將不斷被壓縮，Zeta電位的絕對值會變得越來越小直至基本穩(wěn)定[18]。

圖10 不同顆粒物條件下海水鹽度對乳狀液Zeta電位的影響Fig.10 Effect of salinity on Zeta potential of emulsion underdifferent suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; ρ(Sediment)=2000 mg/L; pH=8

圖11為不同顆粒物條件下海水pH值對Zeta電位的影響。由圖11可知，添加不同種類的固體顆粒物后，隨著pH值的增加，Zeta電位的絕對值先增加后減小。當(dāng)pH值為7時，乳狀液Zeta電位的絕對值達到最大。

圖11 不同顆粒物條件下海水pH值對乳狀液Zeta電位的影響Fig.11 Effect of pH value on Zeta potential of emulsion underdifferent suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L

在酸性條件下，電解質(zhì)濃度增大，溶液中含有大量的H+，油滴或者固體顆粒物表面吸附了H+，通過壓縮雙電層使得乳狀液Zeta電位的絕對值降低。而且油滴與顆粒物表面大量的羥基官能團在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成陽離子，而油滴和固體顆粒物表面均帶有負電荷，生成的陽離子會與其相抵消，導(dǎo)致Zeta電位絕對值的降低[19]。在堿性條件下，隨著pH值的增加，油滴和顆粒物表面吸附的OH-逐漸增加，導(dǎo)致Zeta電位的絕對值逐漸降低[20]。因此酸性和堿性環(huán)境中，乳狀液Zeta電位的絕對值都會降低，導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性降低。

2.2.3 消油劑和顆粒物聯(lián)合作用對Zeta電位的影響

圖12為不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油比(DOR)對Zeta電位的影響。由圖12可知，隨著劑/油質(zhì)量比由0增加到0.4，乳狀液Zeta電位的絕對值不斷降低，添加高嶺土和皂土的Zeta電位的絕對值明顯比添加天然土和不添加顆粒物條件下的低，加入富肯消油劑和捷菲特消油劑Zeta電位絕對值最低可分別達到1.91 mV和3.63 mV。當(dāng)乳狀液Zeta 電位的絕對值較高時，質(zhì)點間排斥力較大，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)；而乳狀液Zeta電位的絕對值較低時，質(zhì)點間排斥力較小，不穩(wěn)定，易發(fā)生凝聚[21]。當(dāng)體系中加入消油劑時，消油劑會在油-水界面發(fā)生吸附，形成界面結(jié)構(gòu)，會對分散的油滴起到保護作用，使油滴不容易凝聚，導(dǎo)致顆粒物和油滴更容易形成凝聚體結(jié)構(gòu)。

2.3 凝聚體中油滴粒徑的影響因素

2.3.1 顆粒物質(zhì)量濃度對凝聚體中油滴粒徑的影響

圖13為不同顆粒物條件下顆粒物質(zhì)量濃度對凝聚體中油滴粒徑的影響。由圖13可知，顆粒物的加入可以顯著降低凝聚體結(jié)合的油滴粒徑，而且隨著顆粒物質(zhì)量濃度的增加，油滴粒徑不斷減小，但減小的速率不斷降低。當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度為3000 mg/L時，凝聚體中的油滴粒徑均達到最低。加入高嶺土對油滴粒徑的減小有更好的促進作用。顆粒物的加入一方面通過減小油-水界面張力促進溢油分散成更小的油滴；另一方面，阻止油滴的重新聚并，并通過降低乳狀液的穩(wěn)定性，使分散的小油滴更容易與顆粒物結(jié)合形成凝聚體。

2.3.2 鹽度對凝聚體中油滴粒徑的影響

圖14為不同顆粒物條件下海水鹽度對凝聚體中油滴粒徑的影響。由圖14可知，當(dāng)鹽度由0增加到1%時，凝聚體中油滴粒徑有一個大幅度的下降。這與鹽度對油-水界面張力和Zeta電位的突變相似，隨后油滴粒徑變化趨于平穩(wěn)。主要是因為鹽度的變化改變了活性物質(zhì)在水相、油相和顆粒物三相中的分配，導(dǎo)致油-水界面張力的降低；而且離子的加入壓縮了雙電層，降低Zeta電位的絕對值，兩種因素的共同作用下，使得凝聚體中油滴粒徑的減小，因此更加有利于溢油的清除。

圖12 不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油比(DOR)對乳狀液Zeta電位的影響Fig.12 Effect of DOR of oil dispersant on Zeta potential of emulsion underdifferent suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L; pH=8(a) Falchem oil dispersant; (b) Jafirst oil dispersant

圖13 不同顆粒物條件下顆粒物質(zhì)量濃度(ρ(Sediment))對凝聚體中油滴粒徑的影響Fig.13 Effect of ρ(Sediment) on oil droplet size in OSAsunder different suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; pH=8

圖14 不同顆粒物條件下海水鹽度對凝聚體中油滴粒徑的影響Fig.14 Effect of salinity on oil droplet size in OSAs underdifferent suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; ρ(Sediment)=2000 mg/L; pH=8

2.3.3 消油劑和顆粒物聯(lián)合作用對凝聚體中油滴粒徑的影響

圖15為不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油比(DOR)對凝聚體中油滴粒徑的影響。由圖15可知，隨著消油劑的加入，劑/油質(zhì)量比由0增加到0.2，凝聚體中油滴粒徑迅速減?。恢箅S著劑/油質(zhì)量比繼續(xù)增加至0.4，油滴粒徑減小非常緩慢，基本達到平衡值。這主要是因為消油劑會吸附在油-水界面，降低表面張力，使溢油被乳化成小油滴，同時又降低了Zeta電位的絕對值，破壞穩(wěn)定性，更有利于油滴和顆粒物形成凝聚體。

3 結(jié) 論

(1)加入不同質(zhì)量濃度固體顆粒物可將原油與海水的界面張力由14.9 mN/m減小至4.5 mN/m，乳狀液的Zeta電位由-11.80 mV降低到-3.47 mV，分散油滴粒徑可由16.5 μm降低到10.0 μm，從而促進分散油滴與固體顆粒物相互作用形成凝聚體。在實驗范圍內(nèi)，高嶺土促進溢油分散的作用最顯著。

(2)在加入不同顆粒物條件下，油-水界面張力、Zeta電位和油滴粒徑均隨著海水鹽度的增加而減?。患尤腩w粒物的粒徑越小，油-水界面張力和Zeta電位越??；油-水界面張力隨pH值的增加先減小后增大，Zeta電位隨pH值的增加先增大后減小，油-水界面張力最低值和Zeta電位最高值均在pH值為7～8時達到；消油劑作用條件下可將油-水界面張力、Zeta電位和油滴粒徑進一步降低至0.1 mN/m、-1.91 mV和1.9 μm。

圖15 不同顆粒物條件下添加消油劑的劑/油比(DOR)對凝聚體中油滴粒徑的影響Fig.15 Effect of DOR of oil dispersant on oil droplet size in OSAs under different suspended particulate matter (SPM) conditionsD50=14 μm; Salinity of 3.5%; ρ(Sediment)=2000 mg/L; pH=8(a) Falchem oil dispersant; (b) Jafirst oil dispersant

(3)濱海環(huán)境條件下，顆粒物可顯著促進溢油的分散，在波浪作用下形成凝聚體，在完成溢油修復(fù)的同時，減少對海洋環(huán)境產(chǎn)生污染，同時也適用于廣大海域，有很好的應(yīng)用前景。